The fundamentals of Analog Electronics Technology
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The Fundamentals of Analog Electronics Technology
直流电路
基本概念
1、支路:
- 每个元件就是一条支路。
- 串联的元件我们视它为一条支路。
- 在一条支路中电流处处相等。
2、节点:
- 支路与支路的连接点。
- 两条以上的支路的连接点。
- 广义节点(任意闭合面)。
3、回路:
- 闭合的支路。
- 闭合节点的集合。
4、网孔:
- 其内部不包含任何支路的回路。
- 网孔一定是回路,但回路不一定是网孔。
基尔霍夫定律
介绍
基尔霍夫(电路)定律(Kirchhoff laws)是电路中电压和电流所遵循的基本规律,是分析和计算较为复杂电路的基础,1845年由德国物理学家G.R.基尔霍夫(Gustav Robert Kirchhoff,1824~1887)提出。基尔霍夫(电路)定律包括基尔霍夫电流定律(KCL)和基尔霍夫电压定律(KVL)。
基尔霍夫(电路)定律既可以用于直流电路的分析,也可以用于交流电路的分析,还可以用于含有电子元件的非线性电路的分析。
基尔霍夫第一定律(KCL)
定义
基尔霍夫第一定律又称基尔霍夫电流定律,简记为KCL,是电流的连续性在集总参数电路上的体现,其物理背景是电荷守恒公理。基尔霍夫电流定律是确定电路中任意节点处各支路电流之间关系的定律,因此又称为节点电流定律。基尔霍夫电流定律表明:
- 所有进入某节点的电流的总和等于所有离开这节点的电流的总和。
或者描述为:
- 假设进入某节点的电流为正值,离开这节点的电流为负值,则所有涉及这节点的电流的代数和等于零。
其中, 是第k个进入或离开这节点的电流,是流过与这节点相连接的第k个支路的电流,可以是实数或复数。
基尔霍夫第二定律(KVL)
定义
基尔霍夫第二定律又称基尔霍夫电压定律,简记为KVL,是电场为位场时电位的单值性在集总参数电路上的体现,其物理背景是能量守恒。基尔霍夫电压定律是确定电路中任意回路内各电压之间关系的定律,因此又称为回路电压定律。
基尔霍夫电压定律表明:
沿着闭合回路所有元件两端的电势差(电压)的代数和等于零。
或者描述为:
沿着闭合回路的所有电动势的代数和等于所有电压降的代数和。
以方程表达,对于电路的任意闭合回路,其中,m 是这闭合回路的元件数目, vk是元件两端的电压,可以是实数或复数。基尔霍夫电压定律不仅应用于闭合回路,也可以把它推广应用于回路的部分电路。
换路定则
如果电路中含有动态元件(电感或电容),则该电路称为动态电
路。动态电路的一个特征是当电源突然接入或断开,电路结构或元件参数突然改变时,电路中的电流或电压可能要经过一个变化过程才能达到稳定。这是由于储能元件能量的积累和释放都需要一定的时间。分析电路从一种稳定状态转变成另一种稳定状态的过程称为瞬态分析
或暂态分析
。当电路结构或参数发生变化时,会引起电路变化,此时称为“换路
”,并认为换路即刻完成。通常把换路时刻取为0,用t_0表示换路开始前的一瞬间,启始时刻,t=0+表示换路开始后的一瞬间,称初始时刻。它们反映了两种不同的物理状态。若换路瞬间电容电压为uc(0-),换路后瞬间电容电压为uc(0+),则
换路过程中,若电容电流为有限值,则积分项为0,即
同理对于电感来说
以上两式子称为换路定则,它只适用于换路瞬间,且电容电流、电感电压均为有限值。根据换路定则可求出t=0+时各个支路电流电压的初始值。所以初始条件就是求变量在换路后瞬间的值。